鋰離子電池原理

我們無(wú)需杞人憂天，但也不能忽視鋰離子電池存在的安全隱患，你要明白鋰離子電池為何會(huì)爆炸，這就要從了解鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始說起了。鋰離子電池內(nèi)部同樣有正極、負(fù)極，以及之間的隔膜和電解液，早期鋰離子電池的負(fù)極材料是單質(zhì)鋰，但金屬鋰十分活潑，遇水、氮、酸或氧化劑有起火和爆炸危險(xiǎn)，尤其到了可充電的二次鋰離子電池時(shí)期，反復(fù)的充放電使得粉狀鋰單質(zhì)越積越多，充電過程中可能形成的鋰晶體結(jié)成枝狀，引起電池內(nèi)部短路，最終導(dǎo)致起火或爆炸。

放棄鋰元素不可能，因?yàn)樗兄钚〉拿芏群妥畲蟮碾娯?fù)性，具有極高的比能量，是目前制作電池的上佳之選。要解決鋰的不穩(wěn)定性，今天我們使用的鋰離子電池中采用了最有效的解決辦法放棄使用鋰單質(zhì)，核心部分采用更穩(wěn)定的鋰離子以及鋰嵌合物。如今的鋰離子電池中，正極可以是不同類型的鋰化合物，負(fù)極重要是層狀結(jié)構(gòu)的石墨類物質(zhì)，用于嵌入帶正電的鋰離子。在充電時(shí)，正極部分的鋰離子離開含鋰化合物，最終嵌入負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)里；在放電時(shí)，鋰離子離開負(fù)極，通并結(jié)合在正極的化合物中。正負(fù)極間的隔膜即可防止短路，而且在特殊情況下可以關(guān)閉離子通道，加上沒有鋰單質(zhì)的參與，充放電過程都變得安全多了。在以下的說明中，我們所指的鋰離子電池均為鋰離子電池（加粗）。

在智能手機(jī)等小型數(shù)碼產(chǎn)品中，廠家還會(huì)使用更先進(jìn)的鋰聚合物電池。這種鋰離子電池使用高分子材料，目前重要應(yīng)用在電解質(zhì)和正極上，由于電解質(zhì)為固體或膠狀，無(wú)需使用隔膜，防止了因其失效導(dǎo)致的壽命或安全問題。鋰聚合物電池即使出現(xiàn)故障，通常也僅是電池鼓脹、失效，嚴(yán)重時(shí)會(huì)起火燃燒并放出大量煙霧，但一般不會(huì)爆炸。鋰聚合物電池還有良好的可塑性，可根據(jù)要求制作成各種形狀，理論上的最小厚度僅為0.5mm。

●設(shè)計(jì)上的安全措施

只在材料上做出改進(jìn)不能完全防止危險(xiǎn)，譬如電池充電電壓高于4.2V后仍堅(jiān)持繼續(xù)加壓，電池就會(huì)被過度充電，此時(shí)負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)無(wú)法存儲(chǔ)更多鋰離子，后續(xù)鋰離子會(huì)堆積在負(fù)極材料表面，獲得電子后，向正極方形成樹枝狀結(jié)晶，它們會(huì)刺透隔膜，使正負(fù)極短路，同時(shí)電解液因高溫而被電解，出現(xiàn)氣體，電芯內(nèi)部壓力升高，最終導(dǎo)致起火燃燒甚至爆炸。同樣假如過度放電，也會(huì)對(duì)負(fù)極造成不可逆的損傷，影響電池充電量與壽命。除了電壓之外，充電電流過大也會(huì)令鋰離子來(lái)不及進(jìn)入負(fù)極層狀結(jié)構(gòu)，與過度充電類似，鋰離子會(huì)大量堆積在負(fù)極材料表面，有可能導(dǎo)致短路，電池外殼破裂甚至?xí)ā?/p>

總結(jié)下來(lái)，導(dǎo)致鋰離子電池爆炸的直接原因是短路，短路一般又是由于過度充電或電流過大引起的，而且為了保證電池壽命，設(shè)計(jì)上也必須嚴(yán)防過度放電。于是電池廠家在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)都加入了一些防護(hù)措施，包括防止過充過放的保護(hù)線路板，它會(huì)檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉充電或放電過程；電池中還有熱敏保險(xiǎn)、可恢復(fù)保險(xiǎn)絲等部件，它們是保護(hù)線路板失效后的第二道屏障，會(huì)根據(jù)溫度情況自動(dòng)斷開，阻止化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；此外，還有用來(lái)阻燃的電芯保護(hù)殼，電池內(nèi)部壓力上升到一定數(shù)值時(shí)自動(dòng)開啟的安全閥；一些公司的電池還會(huì)在電解液中加入高分子材料，就算電芯被外力破壞，它也會(huì)阻止化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，阻隔鋰離子流動(dòng)，防止電池過熱爆炸。這些屏障理論上可以保證電池的安全性，就算出現(xiàn)故障也不會(huì)傷及使用者。

●什么原因?qū)е路雷o(hù)措施失效

即使有保護(hù)措施的存在，每年依然有一些人被鋰離子電池所傷，移動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)電池故障，起火乃至爆炸更是屢見不鮮。對(duì)我們普通用戶而言，買來(lái)一款數(shù)碼產(chǎn)品，只要老老實(shí)實(shí)按說明書使用，就不應(yīng)該出現(xiàn)任何可能傷害性命的問題，到底是什么原因?qū)е卤Ｗo(hù)措施失靈呢？我們?cè)俅位貞浺幌码姵仄鸹鸨ǖ脑獌炊搪?。電池有可能發(fā)生短路，更加有可能由此引發(fā)劇烈的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致燃燒爆炸，但所有這些問題，不是本該在電池出廠由廠家排除掉了的嗎？所以我們正常使用數(shù)碼產(chǎn)品，出現(xiàn)任何電池引起的故障都應(yīng)向廠商問責(zé)！

深入挖掘那些因電池燃燒、爆炸造成損失的事件，你一定會(huì)發(fā)現(xiàn)其中大部分都是由于使用了不合格的電池所致。這些電池多由小作坊公司生產(chǎn)，外觀假冒品牌電池，經(jīng)過特殊渠道流入市場(chǎng)。部分人為了追求利益，完全不顧及法律的制裁，明目張膽地在網(wǎng)上銷售，導(dǎo)致許多用戶遭殃。我們已經(jīng)了解，制造鋰離子電池并非看起來(lái)那么容易，那是一個(gè)要小心謹(jǐn)慎、仔仔細(xì)細(xì)完成的工作，從選料、裝配到質(zhì)檢，任何一步的馬虎都有可能釀成災(zāi)難。